專利名稱：蜂窩緊湊結(jié)構(gòu)螺旋板換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種換熱器，具體說(shuō)是一種蜂窩緊湊結(jié)構(gòu)螺旋板換熱器。
背景技術(shù)：
換熱器作為一種不同介質(zhì)間熱交換的通用工藝設(shè)備，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生 活中，其性能的每一份提高都會(huì)帶來(lái)極其巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。近20年來(lái)，在世界 各國(guó)科學(xué)家的共同努力下，換熱器及相關(guān)技術(shù)迅速發(fā)展，特別是具備換熱效率高和體積 小等優(yōu)點(diǎn)的高效緊湊式換熱器的研制取得了令人鼓舞的進(jìn)步。但與此同時(shí)，即使是同屬 于節(jié)能高效緊湊式的各類換熱器，都既具備自身優(yōu)點(diǎn)，又存在一定的缺點(diǎn)，如何設(shè)計(jì)和 制造一種吸納它們優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)的一類新型換熱器，是本領(lǐng)域技術(shù)人員追求的目標(biāo)。
緊湊型換熱器主要有板式換熱器、螺旋板式換熱器及板翅式換熱器。
板式換熱器是由一組不銹鋼制長(zhǎng)方形薄板片及加緊支架組成的。板式換熱器的核心 部件是沖壓成凹凸波紋狀的換熱板片，由多塊壓制成型凸凹板片疊合在一起組成的曲折 多變的流道，不僅增加了傳熱面積且有效地使流體產(chǎn)生湍流，降低了液膜的熱阻；板片 用0. 6 0. 8咖的薄板制造，既節(jié)約了金屬材料、又降低了壁面的熱阻，因而板式換熱 器單位傳熱面的重量很輕，總傳熱系數(shù)很高，約為常規(guī)管式換熱器的3.5倍；兩相鄰板 片間的周邊用墊片密封，組裝靈活、拆裝方便，有利于維修和清洗，但這種換熱器墊片 帶來(lái)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，受密封墊材料性能的限制，操作壓力和操作溫度不能過(guò)高。因而出現(xiàn) 了板間周邊焊接連接取代墊圈密封的板式換熱器，但是允許的工作壓力也是有限的，因 為板式換熱器的板片組是用長(zhǎng)螺桿連接的兩塊矩形大平板夾持的，在高壓下，大尺寸矩 形平板所需厚度及螺桿所需尺寸是不經(jīng)濟(jì)的，因而板式換熱器一般僅用于壓力在1. 6MPa 以下且處理量較小的情況。
螺旋板換熱器是由兩張間隔一定的平行薄板巻制而成。兩張厚3 6咖的金屬板形 成兩個(gè)同心螺旋型通道，兩板之間焊有定距柱以維持通道間距，在螺旋板兩側(cè)焊有蓋板， 冷熱流體分別通過(guò)兩條通道，通過(guò)薄板進(jìn)行換熱。兩流體為逆流操作，平均溫差大，有 利于螺旋板換熱器充分回收余熱。
螺旋板換熱器允許選用較高的流速，流體由于慣性離心力的作用，在較低的雷諾數(shù) 下即達(dá)到湍流，故傳熱系數(shù)也不低，不易結(jié)垢和堵塞，因而螺旋通道兩側(cè)大多采用焊接密封的不可拆結(jié)構(gòu)。與板式換熱器相比，流體流動(dòng)不需多次轉(zhuǎn)折，阻力降較低，易于大 型化，可以采用碳鋼制造。但和板式換熱器一樣，介質(zhì)壓力不宜過(guò)高。螺旋板的板片是 部分受內(nèi)壓、部分受外壓的殼體，在高壓介質(zhì)內(nèi)側(cè)的螺旋板承受的是外壓，為避免有限 厚度的螺旋板外壓失穩(wěn)的最高工作壓力是有限的，尤其是在較大直徑的時(shí)候，因此，一 般只用于內(nèi)壓不高于2MPa的場(chǎng)合。
板翹式換熱器是用翅片、隔板、封條等薄金屬片組成的緊湊結(jié)構(gòu)的換熱器芯部，置 于具有能使冷熱流體相互隔離的進(jìn)出口通道的外殼中的換熱器。翅片、隔板間采用釬焊
連接，換熱器的芯部很像蜂巢的蜂窩結(jié)構(gòu)。蜂窩尺寸不大，可以承受高達(dá)5MPa的工作 壓力。翅片、隔板的厚度可以很薄，結(jié)構(gòu)十分緊湊，每立方米的設(shè)備可以提供2500~ 4370W的傳熱面積，單位傳熱面的重量可以達(dá)到普通管式換熱器的十分之一。傳熱系數(shù) 比列管式換熱器高幾倍或幾十倍。
但缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，加工成型技術(shù)要求高，需專用加工設(shè)備，且造價(jià)高，不能 大型化，兩流體流動(dòng)方向也不是全逆流，影響了對(duì)數(shù)平均溫差大小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單緊湊、加工成型方便、造價(jià)低，兼具板式換熱 器、螺旋板式換熱器及板翅式換熱器的優(yōu)點(diǎn)的蜂窩緊湊結(jié)構(gòu)螺旋板換熱器。
本發(fā)明提供的蜂窩緊湊結(jié)構(gòu)螺旋板換熱器，該換熱器的內(nèi)筒體、外筒體之間形成環(huán) 形內(nèi)腔，里面安裝有換熱機(jī)構(gòu)，該換熱機(jī)構(gòu)由兩層螺旋板巻制而成，每層螺旋板上間隔 壓有凹坑，螺旋板層與層之間由凹坑支承形成冷、熱介質(zhì)通道分別與冷、熱介質(zhì)進(jìn)出口 接通。
兩層螺旋板之間的凹坑分別錯(cuò)開。
內(nèi)筒體里由中間隔板分隔開，兩端有封板，分別形成熱介質(zhì)進(jìn)入室和冷介質(zhì)回流室， 熱介質(zhì)進(jìn)入室接熱介質(zhì)進(jìn)口 ，冷介質(zhì)回流室接冷介質(zhì)出口 。
環(huán)形內(nèi)腔兩端由嵌入兩螺旋板層間和螺旋板與內(nèi)筒體、外筒體間的鋼根焊接密封。 本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好、傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊度高、等價(jià)低廉等特點(diǎn)，因而具備
承受操作壓力高、節(jié)能高效、制造難度小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。更加適合于石化、輕工、醫(yī)
藥和食品等工業(yè)生產(chǎn)，特別是工作介質(zhì)壓力要求高的生產(chǎn)環(huán)境應(yīng)用。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖2是圖1的俯視圖3是本發(fā)明的螺旋板的展開圖；說(shuō)明書第3/5頁(yè)
圖4是圖3的剖視圖； 圖5是圖1的A部分的剖視圖； 圖6是圖1的B部分的剖視圖； 圖7是圖2的C部分的剖視圖8是圖2的D部分的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)Dl、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8，本發(fā)明提供的蜂窩緊湊結(jié)構(gòu) 螺旋板換熱器，該換熱器的內(nèi)筒體l、外筒體4之間形成環(huán)形內(nèi)腔，里面安裝有換熱機(jī) 構(gòu)，該換熱機(jī)構(gòu)由兩層螺旋板2巻制而成，螺旋板2采用不銹鋼板，板厚0.5 1.0mm， 每層螺旋板2上間隔壓有凹坑16，其展開圖見(jiàn)圖7、圖8。螺旋板2層與層之間由凹坑 16支承形成冷、熱介質(zhì)通道IO、 ll分別與冷、熱介質(zhì)進(jìn)出口接通。
內(nèi)筒體1里由中間隔板5分隔開，兩端有封板14，分別形成熱介質(zhì)進(jìn)入室6和冷介 質(zhì)回流室8，熱介質(zhì)進(jìn)入室6接熱介質(zhì)進(jìn)口7，冷介質(zhì)回流室8接冷介質(zhì)出口 13。冷介 質(zhì)進(jìn)口 3開在外筒體4側(cè)面，經(jīng)冷介質(zhì)通道10、冷介質(zhì)回流室8接通冷介質(zhì)出口 13; 熱介質(zhì)進(jìn)口 7經(jīng)熱介質(zhì)進(jìn)入室6、熱介質(zhì)通道11接通開在外筒體4側(cè)面的熱介質(zhì)出口， 熱介質(zhì)出口有兩個(gè)，其中一個(gè)為不凝器出口9，另一個(gè)為冷凝液出口12。
環(huán)形內(nèi)腔兩端由嵌入兩螺旋板層2間和螺旋板2與內(nèi)筒體1、外筒體4間的鋼根15 焊接密封。
本發(fā)明中將換熱面的螺旋板改用與板式換熱器傳熱板相似但有本質(zhì)區(qū)別的的具有 凹坑的薄不銹鋼板，邊成型邊巻制，層間間隙正好等于凹坑16深度，這樣各帶凹坑16 的不銹鋼薄板緊緊地巻在一起，構(gòu)成一種宏觀上看起來(lái)是個(gè)螺旋板換熱器，而從微觀上 (傳熱單元)角度看是一個(gè)蜂窩狀緊湊結(jié)構(gòu)，既象板式又象板翅式的緊湊式換熱器。 本發(fā)明中的內(nèi)、外筒體、封板、中間隔板的結(jié)構(gòu)及制造與普通螺旋板換熱器沒(méi)有 任何差異，最好均采用不銹鋼材料制造。
換熱器傳熱面間的密封采用固定式螺旋板換熱器常用的端部圓鋼焊密封結(jié)構(gòu)。
工作原理提供冷、熱兩種流體進(jìn)行熱交換的場(chǎng)所，冷流體通過(guò)換熱設(shè)備獲得熱 量，而熱流體則給出熱量。蜂窩緊湊結(jié)構(gòu)螺旋板換熱器的主要傳熱元件是具有壓坑16 的薄不銹鋼板，流體在壓坑16的薄不銹鋼板巻制的板間流道中通過(guò)，在流速的作用下 激起強(qiáng)烈的湍流。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)Re數(shù)到達(dá)200時(shí)，板間流體就己處于湍流狀態(tài)。由傳 熱學(xué)原理可知，當(dāng)流體為湍流時(shí)，很容易破壞流體的邊界層，大大減少熱阻，從而有效 地強(qiáng)化傳熱。本發(fā)明由于這種新型蜂窩螺旋板換熱器外部結(jié)構(gòu)排除了板式換熱器的大平板、大螺 栓連接結(jié)構(gòu)不耐壓的缺點(diǎn)，吸納了普通螺旋板換熱器外殼的圓筒體結(jié)構(gòu)能承受高內(nèi)壓的 優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好，能承受較高壓力。
內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，它繼承了板式換熱器換熱板的窩槽結(jié)構(gòu)及板翅式換熱器的內(nèi)部蜂窩 結(jié)構(gòu)耐壓的優(yōu)點(diǎn)，排除了普通螺旋板換熱器螺旋板因外壓失穩(wěn)問(wèn)題引起的不能承受高壓 的缺點(diǎn)。正是這種均布于蜂窩換熱器中大量密集的蜂窩單元，改善了螺旋板的受力狀態(tài)， 大大提高了螺旋板的強(qiáng)度。即使板很薄，也能實(shí)現(xiàn)既耐壓又抗失穩(wěn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好的 優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明由于這種結(jié)構(gòu)蜂窩螺旋板可以很薄，僅0.5 1.0mm，薄板在厚度方向上的傳 熱熱阻很小，可有效提高換熱器整體的傳熱效率。
這種密密麻麻的蜂窩結(jié)構(gòu)分布在整個(gè)換熱器內(nèi)部，接觸點(diǎn)密，既增大了傳熱面積， 又使兩種傳熱介質(zhì)充分接觸換熱。
流體流經(jīng)凹坑16改善了流體的流動(dòng)狀態(tài)，經(jīng)與凹坑16接觸、碰撞后改變流向及流 速，產(chǎn)生擾流，強(qiáng)化傳熱。
流體流經(jīng)螺旋通道保持了沿螺旋通道的光滑、平穩(wěn)流動(dòng)，流體沒(méi)有急轉(zhuǎn)彎和傳熱"死角"。
這種蜂窩結(jié)構(gòu)換熱器板間距小，可達(dá)3. 0 4. Omm，兩種流體在流道內(nèi)充分接觸，中 間流體少，同時(shí)，小的螺旋板間距使流道流速增大，可接近板式換熱器傳熱系數(shù)。
本發(fā)明由于這種蜂窩螺旋板換熱器吸取了板式換熱器流道可以很狹窄的優(yōu)點(diǎn)，由常 規(guī)的螺旋板換熱器流道寬IO咖以上，可以降至4.0,左右，在同樣換熱面積下，體積 可以縮小幾倍，因此緊湊度也相應(yīng)增加幾倍。另外，它克服了板式換熱器及板翅式換熱 器長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)的不足，通過(guò)纏繞巻制成圓筒形，可以做到傳熱面積很大，但占空間很小， 結(jié)構(gòu)緊湊度高。
這種蜂窩換熱器的強(qiáng)度并不僅僅取決于螺旋板厚度，結(jié)構(gòu)形式的改變使換熱器強(qiáng)度 大大提高，如前所述，螺旋板中的蜂窩單元可以承受很大的強(qiáng)度，因此板厚可選用薄板， 節(jié)省材料，重量輕，單位體積重量和單位傳熱面積重量都可做得很小。發(fā)明者建議，螺 旋板厚通常選用0.8 1.0mm即可。若選擇螺旋板材過(guò)分薄對(duì)工業(yè)應(yīng)用意義不大，太薄 材料噸單價(jià)費(fèi)用反而高。
這種換熱器內(nèi)部蜂窩結(jié)構(gòu)不需要焊接，比板翅式換熱器優(yōu)越，它克服了焊接因素對(duì) 換熱器制造質(zhì)量帶來(lái)的影響；且定型產(chǎn)品、成品模具可以重復(fù)利用，沖壓效率高，組織 批量生產(chǎn)，可提高生產(chǎn)效率，綜合制造成本小，節(jié)省投資。蜂窩緊湊結(jié)構(gòu)螺旋板換熱器的發(fā)明，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕巧、緊湊、高效、可承受高壓、省 材及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的螺旋板巻制成型與普通螺旋板換熱器不同，要求板與板之間相互緊貼在一 起相互支承，以形成蜂窩結(jié)構(gòu)。即使大型設(shè)備制造應(yīng)該也沒(méi)有太大的難度。我國(guó)在巻板 式高壓容器制造技術(shù)上已積累了多年的經(jīng)驗(yàn)，大型蜂窩螺旋板換熱器螺旋板巻制成型可 以借鑒巻板式高壓容器制造技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，不同的是巻板式高壓容器要求巻緊的薄板是幾 個(gè)毫米厚的單層平鋼板，而蜂窩螺旋板換熱器要求巻緊的螺旋板是兩層有凹凸坑的厚僅 lmm左右的不銹鋼薄板而已。如果說(shuō)板間距為5mra，則每?jī)蓪影鍘喴蝗?，直徑將增?0咖， 無(wú)凹坑的薄板段的彈性變形足以滿足直徑變化的巻制要求。
權(quán)利要求
1、一種蜂窩緊湊結(jié)構(gòu)螺旋板換熱器，其特征是該換熱器的內(nèi)筒體[1]、外筒體[4]之間形成環(huán)形內(nèi)腔，里面安裝有換熱機(jī)構(gòu)，該換熱機(jī)構(gòu)由兩層螺旋板[2]卷制而成，每層螺旋板[2]上間隔壓有凹坑[16]，螺旋板[2]層與層之間由凹坑[16]支承形成冷、熱介質(zhì)通道[10]、[11]分別與冷、熱介質(zhì)進(jìn)出口接通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩緊湊結(jié)構(gòu)螺旋板換熱器，其特征是兩層螺旋板[2]之 間的凹坑[16]分別錯(cuò)開。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩緊湊結(jié)構(gòu)螺旋板換熱器，其特征是內(nèi)筒體[l]里由中 間隔板[5]分隔開，兩端有封板[14]，分別形成熱介質(zhì)進(jìn)入室[6]和冷介質(zhì)回流室[8]， 熱介質(zhì)進(jìn)入室〔6]接熱介質(zhì)進(jìn)口 [7]，冷介質(zhì)回流室[8]接冷介質(zhì)出口 [13]。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩緊湊結(jié)構(gòu)螺旋板換熱器，其特征是環(huán)形內(nèi)腔兩端由 嵌入兩螺旋板[2]層間和螺旋板[2]與內(nèi)筒體[1]、外筒體[4]間的鋼根[15]焊接密封。
全文摘要
一種蜂窩緊湊結(jié)構(gòu)螺旋板換熱器，該換熱器的內(nèi)筒體[1]、外筒體[4]之間形成環(huán)形內(nèi)腔，里面安裝有換熱機(jī)構(gòu)，該換熱機(jī)構(gòu)由兩層螺旋板[2]卷制而成，每層螺旋板[2]上間隔壓有凹坑[16]，螺旋板[2]層與層之間由凹坑[16]支承形成冷、熱介質(zhì)通道[10]、[11]分別與冷、熱介質(zhì)進(jìn)出口接通。本發(fā)明具備承受操作壓力高、節(jié)能高效、制造難度小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。適合于石化、輕工、醫(yī)藥和食品等工業(yè)生產(chǎn)，特別是工作介質(zhì)壓力要求高的生產(chǎn)環(huán)境應(yīng)用。
文檔編號(hào)F28F13/00GK101566439SQ200910039599
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者宋虎堂, 李培寧 申請(qǐng)人:茂名實(shí)華東成化工有限公司